Τι είναι ένας διαχωριστής νερού-λαδιού: Αρχές λειτουργίας, τύποι και εφαρμογές

Απαντώντας στην βασική ερώτηση:Τι είναι ένας διαχωριστής ελαίου και νερού και πώς λειτουργεί;Ο διαχωριστής πετρελαίου και νερού είναι ένα δοχείο ή κανάλι που απομακρύνει ελεύθερο και διασκορπισμένο πετρέλαιο από τα βιομηχανικά λυμάτων αξιοποιώντας τη διαφορά πυκνότητας μεταξύ των δύο αδιάμεσων φάσεων.Ο διαχωρισμός ακολουθεί τον νόμο του Στόουκς, όπου η ταχύτητα άνοδος μιας σταγονίδας πετρελαίου είναι v = g x d2 x (rho_water - rho_oil) / (18 x mu), οπότε μια σταγόνα 150 μικρομέτρων 850 kg/m3 πετρελαίου στο νερό ανεβαίνει με περίπου 3-4 mm/s. Για να την συλλάβουμε,ο διαχωριστικός μηχανισμός πρέπει να επιβραδύνει το υγρό σε χύδη ώστε η σταγόνα να φτάνει στην επιφάνεια πριν το νερό βγει.Ένας συμβατικός διαχωριστής βαρύτητας API 421 περιορίζει επομένως την οριζόντια ταχύτητα σε 0,9 m/min (3 ft/min), διατηρεί τον αριθμό Reynolds κάτω από 2,000, και χρησιμοποιεί αναλογία βάθους προς πλάτος 0,3-0.5Οι κατάλληλες μονάδες μειώνουν το εισερχόμενο λάδι από 100-1000 mg/L σε 10-50 mg/L, ενώ τα στάδια γυαλισμού φτάνουν τα όρια εκπομπής 10-15 ppm που καθορίζονται από τους ρυθμιστές και από το IMO MEPC.107(49) για τα νερά αποθήκευσης πλοίων.

Τέσσερις φυσικές αρχές καθορίζουν εάν ένας διαχωριστής πληροί τις προδιαγραφές της έξοδος:

• Διαφορά πυκνότητας και νόμος Stokes:Τα τυπικά ορυκτά έλαια βρίσκονται σε 820-880 kg/m3 έναντι του νερού σε περίπου 1.000 kg/m3, δίνοντας μια διαφορά οδήγησης 0,12-0.18 g/cm3Η αύξηση της ταχύτητας κλιμακώνεται με το τετράγωνο της διαμέτρου της σταγονίδας.Μειώνοντας κατά το ήμισυ το μέγεθος των σταγονιδίων κατά τα τέταρτα το ποσοστό αύξησης: μια σταγόνα 300 μικρομετρών ανεβαίνει περίπου 12 mm/s ενώ μια σταγόνα 75 μικρομετρών διαχειρίζεται μόνο 1 mm/s. Αυτός ακριβώς είναι ο λόγος για τον οποίο οι διαχωριστές προσδιορίζονται από το μέγεθος της κοπής τους,και γιατί οποιαδήποτε ανωτέρω συσκευή που κοπεί σταγονίδια μικρότερα, όπως μια φυγοκεντρική αντλία ή μια βαλβίδα ρύπανσης, καταστρέφει αθόρυβα την απόδοση του διαχωριστή κατάντη.
• Χρόνος διαμονής και ηρεμία:Το υγρό πρέπει να παραμείνει στο δοχείο αρκετά για να ταξιδέψει η σταγόνα σχεδιασμού από το κάτω μέρος της διαδρομής ροής στην επιφάνεια,το οποίο σε διαχωριστή API σημαίνει από την αντίστροφη προς την επιφάνεια του νερού, συνήθως 1,5-3 m. Με ταχύτητα άνοδος 3 mm/s που απαιτεί 500-1000 δευτερόλεπτα διατήρησης ή 8-17 λεπτά,και το μήκος του αγγείου προκύπτει από τη διαίρεση της απαιτούμενης κατακράτησης με την επιτρεπόμενη οριζόντια ταχύτηταΟι αναταραχές καταστρέφουν τον υπολογισμό, οπότε είναι υποχρεωτικοί οι διανομείς εισόδου, οι τρυπημένοι προφυλακτήρες και μια μακρά ζώνη στάθμευσης.και οι σχεδιαστές επαληθεύουν την απόδοση ελέγχοντας ότι ο αριθμός Reynolds παραμένει κάτω από 2, 000 και ιδανικά κάτω από 500 στην ζώνη διαχωρισμού.
• Συγκέντρωση και ανάπτυξη σταγονιδίων:Η βαρύτητα από μόνη της δεν μπορεί να αφαιρέσει σταγονίδια κάτω από περίπου 50-60 μικρομέτρα σε μια δεξαμενή εύλογου μεγέθους, οπότε οι περισσότεροι σύγχρονοι διαχωριστές προσθέτουν ένα μέσο συγχώνευσης.Σε ένα κυματοειδές διακόπτη πλάκας το νερό ρέει μέσα από μια στοίβα πλάκες διαχωρισμένα 20-40 mm μεταξύ τους σε 45-60 μοίρεςΟι σταγόνες ανεβαίνουν μόνο σε μικρή απόσταση από το κάτω μέρος της πλάκας από πάνω, συγχωνεύονται σε ένα φιλμ και το φιλμ απορροφάται κατόπιν προς τα πάνω κατά μήκος της πλάκας στο κανάλι συλλογής.Επειδή η αποτελεσματική απόσταση καθιέρωσης πέφτει από μέτρα σε εκατοστά, ένας δείκτης CPI επιτυγχάνει τον ίδιο διαχωρισμό σε 20-50% του αποτυπώματος μιας ανοιχτής λεκάνης API.η οποία πρέπει να αποστραγγίζεται τακτικά, διαφορετικά η στοίβα συσσωρεύεται και χάνει εντελώς το πλεονέκτημα της.
• Φλοτάρισμα και χημική βοήθεια:Όταν το λάδι μετασυσταθεί ή οι σταγόνες σταθεροποιηθούν με επιφανειακά δραστικά, ο βαρυτικός διαχωρισμός αποτυγχάνει και το εργοστάσιο μετατρέπεται σε πλωτό.Η πλεύση διαλυμένου αέρα κορεσώνει ένα ρεύμα ανακύκλωσης με αέρα σε θερμοκρασία 300-600 kPa και το απελευθερώνει μέσω βαλβίδας βελόνας ή εκπαιδευτικού με ατμοσφαιρική πίεση, παράγοντας ένα σύννεφο από φυσαλίδες 10-100 μικρομέτρων που προσκολλούνται στις σταγόνες πετρελαίου και τις μεταφέρουν στην επιφάνεια, όπου ένα σκίμερ αφαιρεί το πλωτό.ένα κατιονικό ή ανιανικό πολυηλεκτρολίδιο διασπά το γαλακτώσιμοΗ σωστή δοσολογία DAF φέρνει το λάδι εξόδου σε 10-30 mg/l,αλλά η υπερδοσολογία επανασταθεροποιεί το γαλακτώσιμο και κάνει το απόβλητο χειρότερο από το να μην το επεξεργαστεί καθόλου.

Η επιλογή εξαρτάται από τη συγκέντρωση του ελαίου εισόδου, τη διανομή μεγέθους σταγονιδίων, τον διαθέσιμο χώρο του οικόπεδου και το όριο εκκένωσης που πρέπει να τηρείται:

• Διαχωριστής βαρύτητας API:Ο σχεδιασμός αναφοράς για τα λιπαρά ύδατα διυλιστηρίων και πετροχημικών, τυποποιημένος στο API 421 και χρησιμοποιείται εδώ και καιρό ως πρώτο στάδιο επεξεργασίας.Είναι μια μακρά ορθογώνια δεξαμενή από σκυρόδεμα με αλυσίδα που οδηγείται από μια πτήση που σαρώνει το αιωρούμενο λάδι σε έναν σωλήνα με σχισμές στο κάτω άκροΤα πλεονεκτήματα του είναι η απλότητα, η ανοχή σε φορτία κολοκυθίων και στερεών ουσιών και η προβλέψιμη αφαίρεση ελεύθερου πετρελαίου κατά 60-99%.Η αδυναμία του είναι το αποτύπωμα.Για την επεξεργασία των 1000 m3/h με διαχωρισμό 150 μικρομέτρων απαιτείται μια δεξαμενή μήκους περίπου 40-60 m.
• Επικεφαλής του οχήματοςΈνα CPI ή TPI συσκευάζει την ίδια αρχή διαχωρισμού σε μια ατσάλινη δεξαμενή με ένα κλάσμα του μεγέθους, χρησιμοποιώντας την παράλληλη στοίβα πλάκες που περιγράφεται παραπάνω.Η διαφορά πλάκας 20-40 mm και μια κλίση 45-60 μοίρες επιτρέπουν στα στερεά να μεταναστεύουν προς τα κάτω, ενώ οι ταινίες πετρελαίου μεταναστεύουν προς τα πάνωΑυτές οι μονάδες είναι κατασκευασμένες σε εργοστάσιο, τοποθετημένες σε πατινάζ, και συνήθως επεξεργάζονται 5-500 m3/h, γεγονός που τις καθιστά την τυποποιημένη επιλογή για υπεράκτιες πλατφόρμες, τερματικά,και ανακαινίσεις εγκαταστάσεων όπου δεν μπορεί να χυθεί νέα δεξαμενή σκυροδέματοςΕίναι πιο επιρρεπείς σε φραγμούς από στερεά και βαριά λιπαρά από μια ανοιχτή λεκάνη, έτσι ώστε η προετοιμασία και ο τακτικός καθαρισμός των πιάτων δεν είναι διαπραγματεύσιμοι.
• Δοκιμαστικό υλικό:Οι μονάδες πλεύσης επεξεργάζονται αυτό που η βαρύτητα δεν μπορεί: το γαλακτωματοποιημένο λάδι και τις λεπτές, διασκορπισμένες σταγόνες στην περιοχή των 5 έως 50 μικρομέτρων.Το DAF χρησιμοποιεί το ρεύμα ανακύκλωσης υπό πίεση που περιγράφηκε προηγουμένως και είναι κοινό στα διυλιστήρια και στην επεξεργασία πετροχημικών αποβλήτων ως δευτερεύον στάδιο μετά τον διαχωριστή APIΗ IGF αντίθετα διασκορπίζει το αέριο με μηχανικό τρόπο με έναν εκπαιδευτή που προκαλείται από τροχιά ή έναν σπαρδισμένο ρότορα, αποφεύγοντας το δοχείο κορεσμού και την αντλία και ανεχόμενη υψηλότερα στερεά.και τα δύο παράγουν ροή αποκορυφωμένων αποβλήτων πλωτών 1-5% πετρελαίου που πρέπει να κατευθύνεται προς ανάκτηση ή διάθεση., και οι δύο είναι ευαίσθητες στις υπερχείλιες ροές, έτσι ώστε η εξισορρόπηση προγενέστερα είναι μια απαίτηση σχεδιασμού και όχι μια επιλογή.
• Υδροκυκλόνες, ψύκτες και γυαλιστήρες μεμβρανών:Όπου ο χώρος είναι πολύτιμος, όπως στις υπεράκτιες πλατφόρμες,υδροκυκλώνες υγρού-βυθού περιστρέφουν το ρεύμα με υψηλή ταχύτητα έτσι ώστε το βαρύτερο νερό να πετάγεται στον τοίχο και ο ελαφρύτερος πυρήνας πετρελαίου να απορροφάται μέσω του εντοπιστή δίνηςΕίναι συμπαγείς και δεν έχουν κινούμενα μέρη, αλλά χρειάζονται πτώση πίεσης 200-500 kPa, είναι ανυπόφορες σε στερεά και αέρια,και η απόδοσή τους πέφτει απότομα σε χαμηλότερο από το 40-50% της ροής σχεδιασμού.Για την γυαλιστερότητα σε πολύ χαμηλά επίπεδα, ένα φίλτρο στερεωμένου φυσίγγιου ή μια μονάδα υπεριτρισμού ή κεραμικής μεμβράνης μπορεί να φέρει το λάδι κάτω από 5-10 ppm,με κόστος την τακτική αντικατάσταση των μέσων και μια ροή συμπυκνώματος που πρέπει να χειρίζεται.

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός διαχωριστή νερού και πετρελαίου και ενός διαχωριστή API;

Α: Ο διαχωριστής ελαίου-νερού είναι η γενική κατηγορία που καλύπτει κάθε συσκευή που διαχωρίζει το λάδι από το νερό,ενώ ένας διαχωριστής API είναι ένα σχέδιο ειδικής βαρύτητας τυποποιημένο από το Αμερικανικό Ινστιτούτο Πετρελαίου στο API 421.Ένας διαχωριστής API είναι μια μακρά ορθογώνια λεκάνη με ένα σκίμερ πτήσης και ένα ξύρισμα ιλύων μεγέθους για την αφαίρεση σταγονιδίων άνω των 150 μικρομέτρων, συνήθως διατηρώντας την οριζόντια ταχύτητα στο 0.9 m/min και αριθμός Ρέινολντ κάτω από 2,000Ο διαιρέτης API είναι το πρώτο στάδιο επεξεργασίας, ενώ οι μονάδες CPI, DAF,τα υδροκυκλόνια και οι συγκολλητές είναι τα δευτερεύοντα στάδια ή τα στάδια γυάλωσης που ακολουθούν.

Ε: Ποια συγκέντρωση ελαίου μπορεί να επιτύχει ένας διαχωριστής ελαίου και νερού;

Α: Εξαρτάται από την τεχνολογία και την κατανομή μεγέθους σταγονιδίων εισόδου.Αφού αφαιρεί μόνο το ελεύθερο λάδι.Η προσθήκη χημικώς υποβοηθούμενου DAF φέρνει το απόβλητο στο εύρος των 10-30 mg/l.και ένα στάδιο γυαλισμού από συσσωρευτή ή μεμβράνη μπορεί να φθάσει κάτω από 5-10 mg/lΓια τα νερά από τις αποβάθρες των πλοίων, το κανονιστικό όριο είναι 15 ppm σύμφωνα με την IMO MEPC.107 (**),που καλύπτεται με ειδικό διαχωριστή λιπαρών υδάτων που χρησιμοποιεί στάδιο συγχώνευσης και φίλτρου, ακολουθούμενο από ανιχνευτή περιεκτικότητας σε λάδι και αυτόματη υπεράκτια βαλβίδα.

Ε: Γιατί ένας διαχωριστής λάδι-βράδι σταματά ξαφνικά να λειτουργεί;

Α: Τέσσερις αιτίες είναι οι περισσότερες αποτυχίες.μια βαλβίδα ελέγχου ρύθμισης ή ένας μερικώς κλειστός περιορισμός εκλύει το λάδι σε σταγονίδια κάτω από το σχεδιασμένο μέγεθος κοπήςΗ συσσώρευση στερεών ουσιών: λάσπη, κλίμακα και λάσπη γεμίζουν την λεκάνη ή τη γέφυρα σε όλη τη συσκευασία πλάκας, μειώνοντας τον πραγματικό όγκο και τη ροή βραχυκυκλώματος.Μείωση της θερμοκρασίαςΗ ιξώδες του νερού αυξάνεται απότομα καθώς κρυώνει, και δεδομένου ότι η ταχύτητα αύξησης είναι αντίστροφα ανάλογη με την ιξώδες, μια μονάδα που λειτουργεί το καλοκαίρι μπορεί να αποτύχει το χειμώνα.νέα επιφανειακά δραστική ουσία, καθαριστικό μέσο ή αναστολέα της διάβρωσης στην ροή αποβλήτων σταθεροποιεί το γαλακτώμα και εξουδετερώνει εντελώς τον βαρυτικό διαχωρισμό.

Ε: Ποιο θα πρέπει να είναι το μέγεθος ενός διαχωριστή λάδι-βράδι;

Α: Ξεκινήστε από το σχεδιασμένο μέγεθος κοπής σταγονιδίων, συνήθως 150 μικρομέτρων για την API,και υπολογίζει την ταχύτητα άνοδος με το νόμο του Stokes χρησιμοποιώντας τις πραγματικές πυκνότητες πετρελαίου και νερού στη θερμοκρασία λειτουργίας και όχι στο περιβάλλονΟρίστε την οριζόντια ταχύτητα σε μη μεγαλύτερη από 0,9 m/min και την αναλογία βάθους προς πλάτος μεταξύ 0,3 και 0.5, τότε ελέγξτε ότι ο αριθμός Reynolds είναι κάτω από 2,000Το μήκος του αγγείου προκύπτει από την οριζόντια ταχύτητα πολλαπλασιασμένη με τον απαιτούμενο χρόνο κατακράτησης, που είναι το βάθος διαχωρισμού διαιρούμενο με την ταχύτητα άνοδος των σταγονιδίων.5-2..0 για τις αναταραχές εισόδου, να επιβεβαιώνεται η συμπεριφορά ανάκαμψης έως το 30-40% της σχεδιαζόμενης ροής και να προστίθεται συναγερμός επιπέδου ελαίου και αυτόματος έλεγχος απολέπισης για την αποτροπή της μεταφοράς ελαίου κατά τη διάρκεια των φορτίων των σλίγγων.